Las células madre pueden convertirse en muchos tipos diferentes de células en el cuerpo. Por ejemplo, cuando una persona se lesiona, las células madre llegan al sitio de la lesión y ayudan a curar los tejidos dañados. La nueva nanotecnología desarrollada por un equipo de investigadores de la Universidad Texas A&M podría aprovechar el potencial regenerativo del cuerpo al dirigir las células madre para que formen tejido óseo.

Akhilesh K. Gaharwar, profesor asociado y Presidential Impact Fellow en el Departamento de Ingeniería Biomédica y miembro del Instituto Estadounidense de Ingeniería Médica y Biológica, lidera el equipo. Los investigadores han desarrollado nanopartículas de marco orgánico covalente (COF) 2D estables al agua que pueden dirigir la diferenciación de células madre mesenquimales humanas en células óseas.

Se ha prestado una atención de investigación significativa a los COF 2D (polímeros orgánicos porosos) debido a su cristalinidad, estructura porosa ordenada y ajustable y área de superficie específica alta. Sin embargo, la dificultad de procesar los COF en materiales de tamaño nanométrico, junto con su poca estabilidad, ha limitado su aplicación en la medicina regenerativa y la administración de fármacos. Existe la necesidad de nuevos enfoques que proporcionen a estos COF suficiente estabilidad fisiológica mientras mantienen su biocompatibilidad.

El equipo de Gaharwar ha mejorado la estabilidad hidrolítica (agua) de los COF integrándolos con polímeros anfifílicos, que son macromoléculas que contienen componentes hidrofóbicos e hidrofílicos. Este enfoque, que no se ha informado anteriormente, otorga dispersabilidad en agua a los COF, lo que permite la aplicación biomédica de estas nanopartículas.

"Hasta donde sabemos, este es el primer informe que demuestra la capacidad de los COF para dirigir las células madre hacia el tejido óseo", dijo Gaharwar. "Esta nueva tecnología tiene el potencial de impactar en el tratamiento de la regeneración ósea".

Los investigadores encontraron que los COF 2D no afectan la viabilidad y proliferación de una célula, incluso en concentraciones más altas. Observaron que estos COF 2D exhiben bioactividad y dirigen las células madre hacia las células óseas. El estudio preliminar indicó que la forma y el tamaño de estas nanopartículas pueden impartir esta bioactividad, y es necesario realizar estudios adicionales en profundidad para obtener información sobre el mecanismo.

Estas nanopartículas son muy porosas y el equipo de Gaharwar ha aprovechado esta característica única para la administración de fármacos. Pudieron cargar un fármaco osteoinductor llamado dexametasona en la estructura porosa del COF para mejorar aún más la formación ósea.

"Estas nanopartículas podrían prolongar la entrega de medicamentos a las células madre mesenquimales humanas, que se usan comúnmente en la regeneración ósea", dijo Sukanya Bhunia, autora principal del estudio y asociada postdoctoral en el departamento de ingeniería biomédica. "La administración sostenida del fármaco dio como resultado una mayor diferenciación de las células madre hacia el linaje óseo, y esta técnica se puede utilizar para la regeneración ósea".

Gaharwar señaló que, después de haber proporcionado una prueba de concepto, el próximo paso del equipo en su investigación será evaluar esta nanotecnología en un modelo enfermo.

Estos hallazgos son importantes para el diseño futuro de biomateriales que pueden dar instrucciones para la regeneración de tejidos y aplicaciones de administración de fármacos.

Los resultados se publicaron en Advanced Healthcare Materials diario. Otros colaboradores de la investigación son Manish Jaiswal, Kanwar Abhay Singh y Kaivalya Deo del departamento de ingeniería biomédica de Texas A&M. + Explora más

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